Tanken är enkel. Ett team ledd av Franz Georg Pikl, en Ph.D. student vid Institute of Hydraulic Engineering and Water Resources Management vid TU Graz, har kombinerat fördelarna med pumpad lagringsteknik och värmelagring med vatten som medium för att skapa ett "varmvattenpumpat lagringsvattenkraftverk." Det nya systemet lagrar och levererar el, värme och kylenergi efter behov.

Det första elementet är pumpad lagringsvattenkraft, en teknik som stadigt har förfinats under de senaste 100 åren. Det är för närvarande den mest pålitliga, effektiv och hållbar form av ellagring. Vattenkraftsystem med pumpad lagring finns främst i bergiga länder, eftersom de kräver en höjdskillnad mellan två reservoarer, samt tillräckliga mängder vatten. När stora volymer kraft genereras, överskottselektriciteten används för att pumpa vattnet från den nedre reservoaren till den högre. Om efterfrågan på el ökar, vattnet rinner tillbaka ner och driver turbiner som i sin tur genererar kraft. Pikl har implementerat denna princip helt under jorden. Underjordiska tunnlar används för att skapa höjdskillnaden mellan de två underjordiska reservoarerna som behövs för att producera el, oavsett topografi. Detta minimerar den yta som krävs, och förenklar både processen att hitta en plats och det obligatoriska godkännandeförfarandet.

Värmeackumulatorer, där den termiska energin lagras, utgör den andra komponenten i det nya förvaringskonceptet. Tack vare sin höga specifika värmekapacitet, vatten fungerar som ett extra lagringsmedium för värmeenergi för det underjordiska pumpkraftverket. Förnybar energi används för att värma vattnet till upp till 90°C. Termisk energi lagras och används med hjälp av värmeväxlare installerade i de underjordiska reservoarerna. När efterfrågan på värme är hög, den kan levereras direkt till konsumenterna via fjärrvärmeledningar.

Franz Georg Pikl integrerade också fjärrkylateknik i konceptet – denna metod att kyla byggnader blir allt viktigare – i form av absorptionskylare. När det behövs – med andra ord, varma dagar – det varma vattnet driver kylarna, som producerar kylenergi som distribueras till kunder längs fjärrkylaöverföringsledningar. För att säkerställa en konstant tillförsel av kylenergi till olika temperaturzoner, detta system kan modifieras genom att kyla vattnet i det underjordiska pumpade lagringsvattenkraftsystemet – som sedan skulle kunna betecknas som ett "kallvattenpumpat lagringsvattenkraftverk".

Miljömässiga och ekonomiska fördelar

Teknologiska och energirelaterade förstudier understryker den höga effektiviteten och kostnadseffektiviteten hos detta hybridlagringskoncept. "Kombinationen av så mycket effektiva system, med effektivitetsfaktorer på cirka 80 % för el- och värmelagring, resulterar i en betydande ökning av den totala energilagringen jämfört med separat implementering, och nivån på resursförbrukningen förblir densamma. Tack vare denna nyutvecklade energilagring, olika förnybara energikällor kan kombineras med hjälp av infrastruktur kopplad till energinätet, vilket i sin tur kommer att hjälpa energibranschen att övervinna de utmaningar den står inför. Anläggningen utmärker sig också för sin lönsamhet. Återbetalningstiden är kortare än med konventionella pumpkraftverk, " förklarar Pikl. De ekologiska aspekterna av projektet gör det också till ett attraktivt förslag:nollutsläppsdrift är möjlig, inga öppna ytor krävs och energilagret respektive kraftverket påverkar inte den naturliga vattenbalansen, vilket i sin tur minskar miljöpåverkan.

Från teori till praktik

Pikl försöker för närvarande få stöd från energileverantörer och företag för att bygga en prototyp för varmvattenpumpad lagring. "De separata teknologierna har använts i decennier, men ingen har någonsin kommit på idén att kombinera dem. För att nå Parisavtalets mål att begränsa temperaturökningarna till 1,5 grader krävs omfattande åtgärder samtidigt som vi bevarar vår livskvalitet så långt som möjligt. Vårt system kan vara en av byggstenarna för att säkra framtida energiförsörjning med förnybara energikällor, och skulle också representera en energieffektiv, ett miljövänligt steg framåt. Strukturerna skulle kunna fungera under lång tid, vilket innebär att de också skulle amortera i klimatskyddstermer."